Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к ультразвуковым измерителям уровня, и может быть использована в нефтяной промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах и емкостях. Техническим результатом полезной модели является уменьшение уровня механических напряжений в активном элементе ультразвукового пьезокерамического преобразователя, повышение электроизоляционных свойств активного элемента и протектора. Для обеспечения указанного технического результата в известном ультразвуковом пьезокерамическом преобразователе, содержащем корпус, активный пьезокерамический элемент, протектор и электронагревательный элемент, электронагревательный элемент установлен непосредственно на корпусе, а между корпусом и активным пьезокерамическим элементом и между корпусом и протектором установлены термоизолирующие прокладки, например, из фторопласта.

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к ультразвуковым измерителям уровня, и может быть использована в нефтяной промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах и емкостях.

Известны ультразвуковые пьезокерамические преобразователи, содержащие корпус, активный пьезокерамический элемент, протектор, выполняющий также роль согласующего слоя [1, 2].

Подобные преобразователи используются в ультразвуковых приборах контроля - уровнемерах и сигнализаторах уровня - работающих через днища или стенки резервуаров [3, 4].

Недостатком известных ультразвуковых пьезокерамических преобразователей является невозможность их использования в составе ультразвуковых приборов контроля в зимнее время, например, при измерении уровня жидких продуктов в покрытых снегом железнодорожных цистернах.

Недостаток известных ультразвуковых преобразователей объясняется следующим образом.

В зимнее время днище и боковые поверхности котла железнодорожной цистерны могут быть покрыты слоем снега. Этот слой препятствует распространению ультразвуковых колебаний от рабочей поверхности протектора ультразвукового пьезокерамического преобразователя до стенки котла цистерны, и, следовательно, делает невозможным функционирование ультразвукового прибора контроля. Снег является рыхлой, содержащей воздух, структурой. Скорость звука в снеге существенно ниже, чем скорость звука в воде и близка к скорости звука в воздухе. Так, в частности, при плотности снега =0,125 г/см³ скорость звука С=277 м/сек; при плотности снега =0,28 г/см³ С=207 м/сек [5].

От указанного выше недостатка свободен известный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь [6], содержащий корпус, активный

пьезокерамический элемент, протектор, электронагревательный элемент, расположенный между активным элементом и протектором. Наличие электронагревательного элемента обеспечивает с одной стороны передачу ультразвуковых колебаний от активного элемента через протектор в рабочую среду, с другой стороны - за счет теплопередачи через протектор - его прогрев, таяние снега, при этом продукт таяния - вода - улучшает акустический контакт протектора с рабочей средой.

Известный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и вследствие этого выбран в качестве прототипа.

Недостатками известного ультразвукового пьезокерамического преобразователя являются повышенный уровень механических напряжений в активном элементе и понижение электроизоляционных свойств пьезокерамического активного элемента и протектора.

Указанные недостатки объясняются повышением температуры активного элемента и протектора вследствие прямой теплопередачи от электронагревательного элемента.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение уровня механических напряжений в активном пьезокерамическом элементе, повышение электроизоляционных свойств активного пьезокерамического элемента и протектора.

Для обеспечения указанного технического результата в известный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, активный пьезокерамический элемент, протектор и электронагревательный элемент введены новые признаки, а именно: электронагревательный элемент установлен непосредственно на наружной боковой поверхности корпуса в области протектора, а между корпусом и протектором установлены термоизолирующие прокладки.

Наилучший результат достигается, если термоизолирующие прокладки выполнены из фторопласта.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой схематически показан предложенный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь.

Предложенный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь содержит корпус 1, активный пьезокерамический элемент в виде диска 2 на активной поверхности которого установлен протектор 3, электронагревательный

элемент 4, установленный на корпусе 1, и теплоизолирующие прокладки 5, установленные между корпусом 1 протектором 3 соответственно.

Предложенный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь работает следующим образом. При подаче на активный пьезокерамический элемент 2 возбуждающего переменного напряжения элемент вследствие обратного пьезоэффекта начинает механические колебания, которые проходят через протектор 3 в рабочую среду.

При включении электронагревательного элемента 4 последний нагревается, прогревая в том числе и корпус 1, обеспечивая таяние снега под корпусом 1 и протектором 3, при этом теплоизолирующие прокладки 5 обеспечивают тепловую развязку электронагревательного элемента 4 и корпуса 1 от протектора 3. Введение термоизолирующих развязок улучшает электрическую прочность активного элемента и не изменяет акустических свойств ультразвукового пьезокерамического преобразователя.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает достижение заявленного результата.

Источники информации

1. Свидетельство РФ на полезную модель №23541.

2. Свидетельство РФ на полезную модель №25854.

3. М.Я.Андреев, Ю.А.Корякин, И.Л.Рубанов. Ультразвуковые уровнемеры УЗУ-2 и УЗУ-2Т. Датчики и системы, 2002, №1, с.35-37.

4. М.Я.Андреев, А.А.Гончаров, И.Л.Рубанов. Ультразвуковой сигнализатор уровня. Датчики и системы, 2004, №8, с.49-50.

5. В.В.Богородский, В.П.Гаврило, В.А.Никитин. Некоторые особенности распространения звука в снеге. Акустический журнал, 1974, т.20, выпуск 2, с.195-198.

6. Заявка Германии на патент №10158144.

1. Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, активный пьезокерамический элемент, протектор и электронагревательный элемент, отличающийся тем, что электронагревательный элемент установлен непосредственно на наружной боковой поверхности корпуса в области расположения протектора, а между корпусом и протектором установлены теплоизолирующие прокладки.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что теплоизолирующие прокладки изготовлены из фторопласта.